超分子

人們熟知的化學主要是研究以共價鍵相結合的分子的合成、結構、性質和變換規律。以J. M. Lehn為代表的學者所倡導的超分子化學已成為今後化學發展的另一個全新的領域。

超分子通常是指由兩種或兩種以上分子依靠分子間相互作用結合在一起，組成複雜的、有組織的聚集體，並保持一定的完整性使其具有明確的微觀結構和巨觀特性。

基本介紹

• 中文名：超分子
• 外文名： supermolecule
• 結合方式：非共價鍵相結合
• 代表人物：J. M. Lehn
• 提出時間：mid-1930s

歷史

超分子這一術語早在20世紀30年代中期就被提出，超分子化學的概念和術語則是在1973年提出。1987年諾貝爾化學獎獲得者，法國科學家J. M. Lehn 首次提出了“超分子化學”這一概念, 他指出: “基於共價鍵存在著分子化學領域, 基於分子組裝體和分子間鍵而存在著超分子化學” 。超分子化學是基於分子間的非共價鍵相互作用而形成的分子聚集體的化學, 換句話說分子間的相互作用是超分子化學的核心。在超分子化學中，不同類型的分子間相互作用是可以區分的，根據他們不同的強弱程度、取向以及對距離和角度的依賴程度，可以分為：金屬離子的配位鍵、氫鍵、π-π堆積作用、靜電作用和疏水作用等。它們的強度分布由π-π堆積作用及氫鍵的弱到中等，到金屬離子配位鍵的強或非常強，這些作用力成為驅動超分子自組裝的基本方法。人們可以根據超分子自組裝原則，以分子間的相互作用力作為工具，把具有特定的結構和功能的組分或建築模組按照一定的方式組裝成新的超分子化合物。這些新的化合物不僅僅能表現出單個分子所不具備的特有性質，還能大大增加化合物的種類和數目。如果人們能夠很好的控制超分子自組裝過程，就可以按照預期目標更簡單、更可靠的得到具有特定結構和功能的化合物。

分類

目前，超分子化學的研究範圍大致可分為三類：“1環狀配體組成的主客體體系；2有序的分子聚集體；3由兩個或兩個以上基團用柔性鏈或剛性鏈連線而成的超分子化合物（Supermolecule）”。

(一)supermolecule 由兩個或兩個以上子體系，通過分子間作用力而形成的一個具有一定結構和功能的實體。超分子內的分子間作用力屬於非共價鍵，通常是靜電作用、氫鍵和范德華力等。超分子普遍存在，如酶及其底物、激素及其受體和冠醚與某些金屬的包合物都是超分子。

(二) elementary particle 又稱單元粒子。由一組聚合蛋白質組成的能量轉導單位，存在於線粒體內膜。它由7個複合體組成，其中4個是電子傳遞複合體，另外3個是ATP合成酶轉質子酶和轉氫酶複合體。超分子是由1個基部，1個莖以及1個頭部組成的旋鈕樣結構，這個結構是由6個複合體圍繞一個中心單位排列形成的，中心單位是分成三部分的重複單位(TRU)。TRU的頭部是合成或水解ATP的部位，連線頭部和基部的TRU的莖決定ATP被合成還是被水解的調節裝置；TRU的基部是膜形成單元，起著連線系統的作用，4個電子傳遞複合體，1個轉氫酶和1個質子酶圍繞著這個連線系統排列。